C++11初探：类型推导，auto和decltype

这篇文章转载自http://www.cnblogs.com/npbool/p/3433360.html。

类型推导可以说是C++模拟动态语言特性的起点，就从这里开始这个系列吧。

auto

使用迭代器的时候，类型总是一件烦心的事。

vector<vector<int> > v;
vector<vector<int> >::iterator it = v.begin();

函数指针也同样, 类型声明很蛋疼:

int add(int x,int y){
return x+y;
}

int main(){
int (*func)(int,int) = add;
cout<<func(1,2)<<endl;
}

我既然把v.begin()赋给it, 类型已经在编译期确定了，编译器知道正确的类型是什么，再加一个类型声明实在很繁琐。C++11 有了auto。我们可以这样写：

vector<vector<int>> v; // C++11 可以不用在'>>'之间加空格了！
auto it = v.begin();
auto func = add;

编译器会根据值的类型，推导出autob变量。类型的推导是在编译期就完成的，仍是静态类型，和脚本语言不同。实际上是一个语法糖。但由于C++对模板的大量使用，一个变量的类型有时过于复杂难以写出，这样的语法糖是必要的。

很简单，不是么？(实际会有一些细节问题，文末再说）

decltype

如果我们只是想用一个编译器推导的类型声明一个变量，但不初始化，auto无能为力。此时可以用decltype。

int add(int x,int y){
return x+y;
}
int main(){
double i=0;
decltype(i) a; // double
decltype(add()) b; //int 注意括号。不带括号就是函数指针了。
}

需要说明，decltype仍然是编译期行为，add()函数不会真正执行，只是利用它推导了类型。

返回类型后置

考虑一个模板函数

template<typename U, typename V>
??? foo(U u, V v){
...
return u*v;
}

总之我要在这个函数做点事情，最后返回一个u*v类型的东西。返回类型该怎么写？

有了decltype，似乎可以这么：

template<typename U, typename V>
decltype(u*v) foo(U u, V v){ //WRONG!
return u*v;
}

但是不行！u，v不在作用域。

u，v不能用，自己搞出一个可以用的U，V类型的变量总行了吧XD

template<typename U, typename V>
decltype(U(0)*V(0)) foo(U u, V v){
return u*v;
}

试一下，foo(2,3.3)返回6.6，貌似正常。但是！你怎么知道U,V可以接受一个0作为构造参数的？U，V不一定是数值，有可能是重载了'*'操作符的奇怪东西。没关系，指针总是可以这样初始化的：

template<typename U, typename V>
decltype(*(U*)(0)**(V*)(0)) foo(U u, V v){
return u*v;
}

但是你不觉得太丑了么。。。

C++11引入了返回类型后置解决这个问题，

template<typename U, typename V>
auto foo(U u, V v) -> decltype(u*v){
return u*v;
}

语法很清晰。总之就是，返回类型后置以后，就进入函数的作用域了，参数都能用了！

另外还有一个用处，假设你要写个类

//A.h
struct A {
struct B {};
B func();
};

//A.cpp
A::B A::func(){
return B();
}

那个A::B怎么看都别扭，用返回类型后置，可以这样：

auto A::func() -> B {
return B();
}

再来一次，后置的返回类型，处在函数作用域里，B已经可见，不需要A::修饰了。

但你肯定有一个问题，既然我函数代码已经给出了，编译器完全可以推断出返回类型是什么，为什么还要自己显式给出返回类型？如果能这样就好了：

template<typename U, typename V>
auto foo(U u, V v){
return u*v;
}

但是很遗憾，不行。由于“复杂性”，标准没有这样做。这也容易理解，假如你的程序编译成了库，只给了别人头文件里的函数签名，函数体对编译器是不可见的，那你这个auto算什么意思？

但事情也不那么绝对，通过匿名函数返回值类型可省略这个特性加上auto，有些情况下我们的确可以不用写返回类型。以后再谈。

一些细节

虽然我很不想写细节，但C++的东西总不是那么简单，为了完整性，把这些黑暗角落放到最后，希望不会影响对以上特性的好感...
auto+引用

int i = 0;
int& r = i;
auto a = r; // type of a?
a = 10;
cout<<i<<endl; // value of i?

直观上感觉，r是i的引用，a自然也会推导出int&这个类型。但实际上，r只是i的别名，a类型的推导结果还是int。于是，对a的修改和i无关，结果输出0。如果想推导出引用，需要这样

auto& a = r; // auto& a = i也可以

auto+const

还有一点，auto会忽略顶层的const。

const int i = 0;
auto a = i; // a: int
audo b = &i // b: const int*

其中，a是普通的int, 因为i是const int，auto把顶层的const忽略了。b是const int*, 这个可以这样看，const int*实际上是“(const int)*”（当然代码不能这样写），const不是顶层修饰符了，就没有忽略。

如果想得到推导出一个const类型，需要

const auto a = i; // a: const int

另外，decltype和auto不同，它不会忽略引用和顶层const修饰。

const int i=0;
int j=0, &r = j;
decltype(i) a; //const int
decltype(r) b; //int&

最后，比较特别的是，如果decltype里面的表达式被包含在括号中，视为对表达式求值的类型。

decltype((i)) a;//error: a is int& and must be initialized

对i求值返回的是int&。